A működési alapvető jellemzőkkel kapcsolatos fotodiódák elve. A fotodiód fő jellemzői és paraméterei. Elem élettartam

A fotodiódák cselekvésének elve

A félvezető fotodiód egy félvezető dióda, amely a megvilágítástól függ.

Általában a félvezető diódákat olyan átmeneti fotódként használják, amely külső áramforrással ellentétes irányba tolódik. Az R-N fényválasztás felszívódása után az átmenetet vagy a szomszédos régiókban új töltőhordozókat alkotnak. Nezore töltéshordozók felmerülő a szomszédos területeken az átmenet az átmenet a távolból, nem prejection,”, a diffúziós hossz, diffúz az R-N átmenet és halad * át rajta hatására az elektromos mező. Vagyis a fordított áram növekszik, amikor a világítás növekszik. A QUANTA felszívódása közvetlenül az átmenetben hasonló eredményekhez vezet. Az érték, amelyre a fordított áramnövekedést fotocnak nevezik.

A fotodiódák jellemzői

A fotodiód tulajdonságait a következő jellemzőkkel lehet leírni:

A fotodiódának feszültség-amp jellemzője a fényáram függése állandó fényáramban és 1 tonna sötétáramban a feszültségtől.

A fotodióda fényt jellemző a fényforrás függőségének függvénye. A megvilágítás növekedésével a fotokurrens növekszik.

A fotodiód spektrális jellemzője a fénycsomag hullámhosszának függése a fotodiódra. Ez határozza meg a nagy hullámhosszú hullámhosszon a tiltott terület, és az alacsony hullámhosszú, a nagyobb abszorpciós jelző és növeli a hatás a felületi rekombinációt a töltéshordozók mellett csökkent a hullámhossz a fénykvantumok. Vagyis a rövid hullámú érzékenységi határ függ az alap vastagságától és a felületi rekombináció sebességétől. A fotodióda spektrális jellemzőjének maximális helyzete nagymértékben függ az abszorpciós együttható növekedésének mértékétől.

Az időállandó az az idő, amely alatt a fotodióda fotó változik a megvilágítás után vagy azt követően elsötétülő fotodióda E-szor (63%), mint a megállapított értéket.

Sötét ellenállás - fotodiódrezisztencia a világítás hiányában.

Az integrált érzékenységet a képlet határozza meg:

ahol 1 F - Phototok, F - megvilágítás.

Tehetetlenség

Három fizikai tényező befolyásolja a tehetetlenséget:

1. Diffúziós idő vagy egyensúlyhiányos hordozók az alapon keresztül;

2. repülés ideje a P-N átmeneten keresztül,;

3. Az R-N átmenet akadálykapacitásának feltöltése, az RC 6 AP időtartamával jellemezve.

Az átmenet vastagsága, az inverz feszültségtől és az adatbázisban lévő szennyeződések koncentrációjától általában kevesebb, mint 5 mikron, ezért t, - 0,1 nem. Az RC 6 AP-t az R-N átmenet akadálykapacitása határozza meg, függően a fotodióda alap feszültségétől és ellenállásától függően, alacsony terhelésállósággal a külső láncban. Az RC 6 AP értéke általában több nanoszekundum.

A fotodióda és a teljesítmény hatékonyságának kiszámítása

A hatékonyságot a következő képlet alapján számítjuk ki:

ahol a sor megvilágítás; I - Jelenség ereje;

U a fotodióda feszültsége.

A fotodiód teljesítményének kiszámítása illusztrálja az ábrát. 2.12 és 2.1. Táblázat.

Ábra. 2.12. A fotodiód teljesítményének függése a feszültségtől és az áramtól

A fotód maximális teljesítménye megfelel a téglalap maximális területének.

2.1. Táblázat. Teljesítményfüggőség a hatékonyságról

Fényerő, MW	Jelenlegi erő	Feszültség, B.	Hatékonyság,%

Photodiode alkalmazása az Oldelectronicsban

A fotodiode számos komplex optoelektronikus készülékben szervezett eleme:

Optoelektronikus integrált zseton.

A fotodiódának nagyobb sebességgel rendelkezhet, de a fotocurrens nyeresége nem haladja meg a készüléket. Az optikai kommunikáció elérhetőségének köszönhetően az optoelektronikus integrált chipek számos jelentős előnye van, nevezetesen: szinte a vezérlőáramkörök tökéletesen elektropálása a hatalomtól, miközben erős funkcionális kapcsolatot tart fenn közöttük.

Többelemes fotodetektorok.

Ezek az eszközök (szkenner, fotodiód mátrix, amely a MOS tranzisztor, fényérzékeny eszközök és egyéb) az elektronikus technológia leggyorsabban növekvő és progresszív termékei közé tartoznak. Az optoelektromos "szem" a fotodióda alapján nemcsak a fényes időre, hanem az objektum térbeli jellemzőire is reagálhat, vagyis a teljes vizuális képének érzékelése.

A készülékben lévő fényérzékeny sejtek száma meglehetősen nagy, így a diszkrét fotodetektor (érzékenység, sebesség, spektrális terület) minden problémája mellett meg kell oldani az információ olvasási problémáját. Minden többelemű fotodetektorokon pásztázó rendszerek, azaz eszközök, amelyek lehetővé teszik az elemzés a vizsgált tér következetesen nézésével (elem bomlik).

Hogyan jelenik meg a képek észlelése?

A megfigyelési objektum fényerejének eloszlása \u200b\u200boptikai képré válik, és a fényérzékeny felületre összpontosít. Itt a fényenergia elektromos lesz, az egyes elemek (áram, töltés, feszültség) reakciójával arányos megvilágítással. A fényerő mintát elektromos megkönnyebbüléssé alakítják át. A szkennelési rendszer periodikus szekvenciális felmérést készít az egyes elemekről, és elolvassa a benne foglalt információkat. Ezután a készülék kimeneténél, olyan videóimpulzusok sorozatot kapunk, amelyekben az észlelt kép kódolva van.

Többelemes fotodetektorok létrehozásakor arra törekszenek, hogy biztosítsák az átalakítás és a szkennelés funkcióinak legjobb végrehajtását. Opro.

Az Opto-t olyan optoelektronikus eszköznek nevezik, amelyben van egy forrás és egy sugárzási vevő egy vagy más típusú optikai kommunikációval köztük, konstruktívan kombinálva és egy esetben elhelyezni. Az ellenőrző lánc (az áram, amelyben kicsi, körülbelül több MA), ahol az emitter be van kapcsolva, és a végrehajtó, amelyben a fotodetektor működik, nincs elektromos (galvanikus) kapcsolat, és a vezérlési információkat továbbítják fénysugárzás eszköze.

Az optoelektronikus pár ezen tulajdonsága (és bizonyos típusú optoules, akár optikai optopár is van jelen egy másik egységben), hogy elengedhetetlenül az elektronikus csomópontokban, ahol meg kell erősíteni a kimeneti elektromos áramkörök hatását a bemenetre . Minden diszkrét elem (tranzisztorok, tirisztorok, mikrokrokrok, amelyek kapcsoló szerelvények, vagy olyan kapacitása, amely lehetővé teszi a nagy teljesítményű) kontroll és az executive láncok terhelésének lehetővé tételét, elektromosan kapcsolódik egymáshoz. Gyakran elfogadhatatlan, ha nagyfeszültségű terhelés van bekapcsolva. Ezenkívül a feltörekvő visszajelzés elkerülhetetlenül további interferencia megjelenését eredményezi.

Egy konstruktív fotodetektor általában a ház aljához kapcsolódik, és az emitter a tetején van. Az emitter és a fotodetektor közötti különbség merülő anyaggal van feltöltve - a polimer optikai ragasztó leggyakrabban ezt a szerepet teljesíti. Ez az anyag egy lencse fókuszáló sugárzási szerepet játszik a fotodetektor érzékeny rétegére. A merülő anyagot olyan speciális film borítja, amely tükrözi a fénysugarak belsejében, hogy megakadályozza a sugárzás szétszóródását a fotodetektor munkaterületén.

Az emitterek szerepe az optoulákban, szabályként az Arsenid-Gally alapú LED-eket. Az optocuplers fényérzékeny elemei lehetnek fotodiódák (optocsatolók a hozzáadása sorozat ...), fototranszisztorok, fototrimistorok (Optoceter sorozat egy dee.,.) És erősen fertőzött fotowork-sémák. Egy dióda Optoparban például a szilíciumon alapuló fotodiódot fotodeteidelemként használják, és az emitter által infravörös kibocsátó diódát szolgálja fel. A dióda sugárzás maximális spektrális jellemzője körülbelül 1 μm hullámhosszon történik. A dióda optocsatolókat fotodiódában és fotogogenerációs módokban használjuk.

A Transistor Optics (Aot sorozat ...) néhány előnye van a diódához képest. A bipoláris tranzisztor kollektoráramát optikailag szabályoztuk (a LED-en) és az alapláncnak megfelelően (ebben az esetben a fototranszisztor munkája az optikai kontroll LED sugárzása hiányában gyakorlatilag nem különbözik a egy közönséges szilícium-tranzisztor működése). A helyszíni tranzisztornál a vezérlést a zárláncon keresztül végezzük.

Ezenkívül a fototranszisztor kulcsfontosságú és erősítő üzemmódokban működhet, és a fotodiód csak kulcs. Az összetett tranzisztorok (például az Aot1yub), a legnagyobb nyereséget (valamint a szokásos összeszerelést a kompozit tranzisztoron), átkapcsolhatják kellően nagy értékek feszültségét és áramát, és ezeket a paramétereket csak tirisztor optoules és A KR293KP2 típusú KR293KP2 típusú optoelektronikai típusa, amely a nagyfeszültségű és nagy áramlási láncok átkapcsolására alkalmas. Ma a K449 és K294 sorozat új optoelektronikus relé jelent meg a kiskereskedelmi piacon. A K449 sorozat lehetővé teszi a feszültséget akár 400 V-ig, akár 150 mA-ig. Az ilyen zsetont a négy-víz kompakt DIP-4 esetben jönnek helyettesíteni alacsony fogyasztású elektromágneses relék és sok előnye van, mint a relé (csendes működés, megbízhatóság, tartósság, hiányzik a mechanikus érintkezők, egy egész sor reagálási feszültség) . Ezenkívül megfizethető áruk magyarázata azzal magyarázható, hogy nincs szükség értékes fémek használatára (swing érintkezők vannak lefedve).

Az ellenállás optocsatolók (például OEP-1) és az energiák elektromos izzólámpák, amelyek egy esetben helyezkednek el.

Az optocsatolók grafikai jelölése a GOST szerint feltételes kódot rendelnek - a latin betű U, amely után az eszköz sorszáma követi a sémát.

A könyv 3. fejezete leírja az optoincsek használatát szemléltető eszközöket és eszközöket.

Photodetectors alkalmazása

Minden optoelektronikus eszköz tartalmaz egy fot-rezektív egységet. A legtöbb modern optoelektronikus készülékekben a fotodióda a fotodetektor alapja.

A többi, összetettebb fotodetektorhoz képest a legnagyobb stabilitása a hőmérséklet jellemzői és a legjobb működési tulajdonságok.

A fő hátrány, amelyet általában jeleznek, az erősítés hiánya. De eléggé feltételes. Szinte minden optomikális eszközön a fotodetektor működik ezen vagy az elektronikus áramkörnek. És az erősítő kaszkád bevezetése sokkal könnyebb és célosabb, mint a fotodegrad szokatlan szerzetes funkciókkal.

Az optikai csatorna magas információs tartálya miatt az a tény, hogy a fény oszcilláció gyakorisága (kb. 10 15 Hz) 10 3 ... 10 4-szer nagyobb, mint a kifejlesztett rádiós mérnöki tartományban. A könnyű oszcilláció hullámhosszának kis értéke nagy teljesítményű információrekord sűrűségű optikai tárolóeszközökkel (legfeljebb 10 8 bit / cm 2).

A fénysugárzás akut iránya (pontossága), mivel a gerenda szögletes eltérése arányos a hullámhosszral, és kevesebb, mint egy perc. Ez lehetővé teszi a koncentrált és kis veszteségeket, hogy elektromos energiát továbbítsák a tér bármely területére.

A fénysugár kettős időbeli és térbeli modulációjának lehetősége. Mivel a forrás és a vevő az op-elektronikában nincsenek elektromosan kapcsolódnak egymáshoz, és a köztük lévő kapcsolatot csak fénysugárral (elektromosan semleges fotonok) végzik, nem befolyásolják egymást. Ezért ezért az optoelektronikus eszközben az információáramlást csak egy irányba továbbítják - a forrásból a vevőig. Csatornák, melyek az optikai sugárzást alkalmazunk, nem érintik egymást, és gyakorlatilag nem érzékeny az elektromágneses interferencia, amely meghatározza azok magas zavarvédettséget.

A fotodiódák fontos jellemzője nagy sebességű. A frekvenciákon több MHz-re dolgozhatnak. Általában Németországból vagy szilíciumból készül.

A fotodiód potenciálisan szélessávú vevő. Ez széles körű használatát és népszerűségét okozza.

IR spektrum

Az infravörös kibocsátó dióda (IR dióda) egy félvezető dióda, amely átáramlik, a közvetlen áram elektromágneses energiát bocsát ki a spektrum infravörös területén.

Ellentétben a sugárzás spektrumát látható az emberi szem (például, az általa előállított hagyományos fénykibocsátó dióda alapuló gallium-foszfid) infravörös sugárzás nem érzékelhető egy emberi szem, de segítségével rögzített speciális eszközök érzékeny erre emissziós spektrumot. A népszerű fotográfiai diódák közül az IR spektrum megjegyezhető az MDK-1, FD263-01 fényérzékeny eszközök és hasonlók.

Az IR sugárzó diódák spektrális jellemzői a 0,87 ... 0,96 μm hullámtartományban vannak. A sugárzás és a hatékonyság hatékonysága magasabb, mint a fénykibocsátó diódáké.

Az IR-diódák alapján (amelyek elektronikus struktúrákban elfoglalják az IR spektrumimpulzusok egyikének fontos helyét), száloptikai vonalakat terveztek (a sebesség és a zaj immunitásával megkülönböztetik), sokoldalú elektronikus háztartási csomópontok és természetesen elektronikus védelmi csomópontok. Ez az előnye, mert IK Az emberi szemmel láthatatlanok, és egyes esetekben (több multidirecionális IR gerendák használatának függvényében) lehetetlen meghatározni a biztonsági eszköz vizuális jelenlétét, amíg át nem halad a "riasztás" módba). Az IR kibocsátókon alapuló védelmi rendszerek gyártásának és karbantartásának kísérletei lehetővé teszik, hogy továbbra is javasoljon bizonyos ajánlásokat az ir-kibocsátók munkakörülményeinek meghatározására.

Ha az ir dióda (például az AL147A, AL156A) kibocsátó felületéhez közeledik, akkor, ha a vezérlési jelet kiszolgálja, akkor gyenge piros ragyogást észlelhet. Ennek a ragyogásnak a fényspektruma közel áll az Albino állatok (patkányok, hörcsögök stb.) Szeméhez. A sötét infravörös ragyogás még hangsúlyosabb. Meg kell jegyeznünk, hogy sokáig a sugárzó infravörös fényenergiától az orvosi szempontból nem kívánatos.

A védelmi rendszereken kívül az IR sugárzó diódákat jelenleg használják az autók riasztási kulcstartásához, különféle vezeték nélküli jelátviteli távadók számára. Például egy modulált LC jelet csatlakoztatva az erősítőből az adóhoz, egy bizonyos távolságra lévő IR vevőkészülék alkalmazásával (a sugárzás és a terep hatalmától függően), hallgathat audioinformációt, a telefonhívásokat is le lehet fordítani . Ez a módszer ma kevésbé hatékony, de még mindig alternatív megoldás az otthoni rádiós telefonhoz. Az IR sugárzó diódák legnépszerűbb (mindennapi életében) a különböző háztartási készülékek távvezérlése.

Hogy bármilyen amatőr könnyen meg van győződve, a távirányító eltávolítója, az eszköz elektronikus áramköre nem nehéz, és bármilyen probléma nélkül megismételhető. Amatőr struktúrákban, amelyek közül néhányat a könyv harmadik fejezetében írnak le, az IR sugárzó és fogadó eszközök elektronikus eszközei sokkal könnyebbek, mint az ipari eszközök.

Az IR diódák (közvetlen és hátrameneti maximális megengedett feszültség, közvetlen áram stb.) Működési módjainak meghatározása hasonló paraméterek hasonlóak a fotodiódák paramétereihez. A fő specifikus paraméterek, amelyekre azonosíthatók, az IR-diódák esetében:

A sugárzás ereje a dióda által kibocsátott bizonyos spektrális kompozíció sugárzása. A dióda jellemzője, mint az infravörös sugárzás forrása, egy watt-amper jellegzetes - a sugárzási teljesítmény függése W (millivatts) a diódán keresztül áramló közvetlen áramból. A dióda sugárzási mintázatának diagramja a sugárzási teljesítmény csökkenését mutatja a sugárzási irány és az eszköz optikai tengelyének szögétől függően. A modern IR diódák különböznek az erős irányú sugárzás és szétszórt.

Elektronikus csomópontok tervezése során szem előtt kell tartani, hogy az infravörös jel átviteli tartománya közvetlenül a dőlésszögtől függ (az eszköz átviteli és fogadó részeinek összehangolása) és az IR dióda ereje. Az IR-diódák cseréjével figyelembe kell venni ezt a sugárirányítási teljesítményparamétert. A hazai IR-diódákra vonatkozó referenciaadat a táblázatban látható. 2.2.

A külföldi és hazai eszközök csomópontjaira vonatkozó adatok az alkalmazásban jelennek meg. Napjainkban az IR-diódák legnépszerűbb típusai a rádiós amatőrök között az AL 156 és az AL147 modellsorozat eszközei. Optimálisak az alkalmazás és az érték sokoldalúsításán.

Pulzussugárzás Power - P a sugárzási sebesség amplitúdója, mért egy adott közvetlen áram impulzuson egy diódával.

A sugárzási spektrum szélessége a hullámhossz-intervallum, amelyben a sugárzási teljesítmény spektrális sűrűsége a maximum fele.

A maximális megengedett közvetlen impulzusáram 1 PRI (IR-diódákat főként az impulzus üzemmódban használják).

2.2. Táblázat. Infravörös spektrum-diódák kibocsátása

Ir dióda	Sugárzási teljesítmény, MW	Hullámhossz, μm	Spektrumszélesség, μm	Feszültség a készüléken	Sugárzási szög, jégeső
			nincs adat		nincs adat

A sugárzási impulzus növekvő idejét használják - az időintervallum, amely alatt a dióda sugárzási teljesítménye a maximális érték 10-100% -át növeli.

A T CNM 3 J 1 impulzus recesszió időparamétere hasonló az előzőhöz.

Egyenlőség - Q - az impulzus oszcillációinak az impulzus időtartamának aránya.

Az ismétlésre felajánlott elektronikus csomópontok alapja (e könyv 3. fejezete) a modulált IR jel továbbításának és fogadásának elve. De nem csak ebben a formában használhatja az IR dióda működésének elvét. Az ilyen Optornel a sugárzási módban is működik (a fotodetektor az emitter mellett található). Ez az elvet elektronikus alkatrészek tartalmazzák, amelyek a tárgy vagy személy kombinált befogadó-átviteli egységének közelítésére reagálnak, amely szintén szenzorként szolgálhat védő rendszerekben.

Az IR-diódák és eszközökön alapuló eszközök használata végtelenül sokat, és csak a rádiós amatőr kreatív megközelítésének hatékonyságára korlátozódnak.

Cél: Photodiode - Optikai sugárzási vevő, amely fényt alakítja fényérzékeny területére elektromos töltésbe.

Működési elve: A legegyszerűbb fotodióda Ez egy hétköznapi félvezető dióda, amely biztosítja az optikai sugárzás expozíciójának lehetőségét a P-N-átmeneten. Ha a P-N átmeneti síkra merőleges irányban sugárzásnak van kitéve, az energiával rendelkező fotonok felszívódásának következtében nagyobb, mint a tiltott zóna szélessége, az elektron-lyukpárok az N-régióban fordulnak elő. Ezek az elektronok és a lyukak hívják fotóhordozók. A diffúziós fotó hordozók a mélysége a N-régió, a fő aránya elektronok és a lyukak nincs ideje rekombinációs és jön a határ a P-N átmenet. Itt, a fényképet hordozókat elválasztva elektromos mező a P-N átmenet, és a lyukak megy a P-régió, és az elektronok nem képesek leküzdeni az átmenet területén és felhalmozódnak a határon a P-N átmenet és az N-régió. Így a P-N-áttérés árama a nem mag hordozók - lyukak sodródásának köszönhető. Drift aktuális fotóhordozók hívják fototok.

A fotodiódák a két üzemmód egyikében működhetnek - külső elektromos energiaforrás nélkül (fotogogén üzemmód) vagy külső elektromos energia (fotós mód) külső forrásával.

Eszköz: szerkezeti séma fotodióda. 1 - félvezető kristály; 2 - Kapcsolatok; 3 - következtetések; F - az elektromágneses sugárzás áramlása; E - DC forrás; RN - terhelés.

Paraméterek: Érzékenység (tükrözi az elektromos állapot változását a fotodiode kimenetén, amikor az egység optikai jelet szállít.); Zaj (a fotód kimenetén található hasznos jel mellett egy kaotikus jelet véletlenszerű amplitúdóval és spektrum - PHOTODIODE zaj)

Jellemzők: a) volt-ampere jellemzők A Photodiode a bemeneti áramból származó kimeneti feszültség függvénye. b) Fény jellemzők A fotocurrens függése a megvilágításból, megfelel a megvilágításból származó fotocurrens közvetlen arányosságának. c) Photodiode Spectral jellemzők - Ez a fénycsomag függése a fényes fény hullámhosszából a fotodiódra.

Alkalmazás: a) Optoelektronikai integrált zseton.

b) Többelemes fotodetektorok.c) optoules.

9. LED-ek. Cél, eszköz, működés elve, alapvető paraméterek és jellemzők.

Cél: LED - Ez egy olyan félvezető eszköz, amely fényt bocsát ki, amikor az áramot az előretekintő irányban átadják.

A működés elve: A munka a fénysugárzás előfordulásának fizikai jelenségén alapul, az elektromos áram áthaladása során a P-N-átmeneten keresztül. A lumineszcencia színét (a sugárzási spektrum legmagasabb hullámhossza) színét a P-N-átmenet alkotó félvezető anyagok típusa határozza meg.

A LED egy félvezető sugárzó eszköz egy vagy több N-P átmenetzel, amely az elektromos energiát a nem koherens fénysugárzás energiává alakítja. A sugárzás felmerül az injektált médiumok rekombinációjának eredményeként az N-P átmenet szomszédságában lévő régiók egyikében. A rekombináció akkor következik be, amikor a tápközeget a felső szinttől az alsóig mozgatja.

Jellemzők és paraméterek: A LED fő paramétere a belső kvantumhatékonyság (a fotonok számának aránya az alapba injektált hordozó mennyiségéhez) és a külső hatékonyság (a fotonok fluxusának aránya az LED-ből az áramlásig töltőhordozók benne). A külső hatékonyságot nagyrészt a technológia határozza meg, és a szint növekedése jelentősen megnőhet.

A LED-ek fő jellemzői Volt-amper, fényerő és spektrális. A fénykibocsátó diódák fő paraméterei a hullám hossza, a sugárzási spektrum félszélessége, a sugárzási teljesítmény, a működési frekvencia és a sugárzási mintázat diagram.

A LED-eket széles körben használják a digitális mutatók, könnyű eredménytábla, elektronikai eszközök. Alapvetően lehetséges képződés a színes televízió képernyőjén alapul.

A Photodiode egy fényérzékeny dióda, amely fényenergiát használ a feszültség létrehozásához. Széles körben használják a háztartási és ipari automatikus vezérlőrendszerekben, ahol a kapcsoló a bejövő fény mennyisége. Például ellenőrizze a vakok felfedezésének mértékét az intelligens otthon rendszerében, a megvilágítás szintje alapján

Ha a fényt a fotodiódra esik, a fényérzékeny anyagba esett fény energiája olyan feszültség megjelenését okozza, amely az elektronokat a P-N átmeneten keresztül mozgatja. Kétféle fotodióda van: fotoelektromos és fotóvezetők.

Fényképvezető diódák

Az ilyen diódákat olyan elektromos áramkörök vezérlésére használják, amelyekre a lehetőséget kívülről szállítják, vagyis egy idegen forrásból.

Például beállíthatják az utcai világítás be- és kikapcsolását, vagy kinyithatják az automatikus ajtókat.

Egy tipikus láncban, amelyben a fotodiode telepítve van, a diódahoz mellékelt potenciál elmozdulása ellentétes irányban van, és értéke kissé alacsonyabb, mint a dióda lyukasztó feszültsége. Az ilyen áramkör esetében az áram nem megy. Ha a fény a diódára esik, akkor a P-N átmeneten áthaladó további feszültség a kimerült terület szűkítését okozza, és képes létrehozni az áramot a diódára. Az áramáram mennyiségét a fényáramlás intenzitása határozza meg, amely a fotodiódra esik.

Fotoelektromos diódák

A fotoelektromos diódák az egyetlen feszültségforrás azoknak a láncnak, ahol telepítve vannak.

Az ilyen fotoelektromos diódának egyik példája a fényképen használt fotóexponométerként szolgálhat a megvilágítás meghatározásához. Ha a fény a fotoszenzitív dióda a PhotoExponometer, a kapott feszültség a mérőeszközt eredményezi. Minél nagyobb a megvilágítás, annál nagyobb a feszültség a dióda.

A legegyszerűbb fotodióda Ez egy hétköznapi félvezető dióda, amely biztosítja az optikai sugárzás expozíciójának lehetőségét a P-N-átmeneten.

Az egyensúlyi állapotban, amikor a sugárzási áram teljesen hiányzik, a hordozók koncentrációja, a potenciális eloszlás és a fotodiode energiázási diagramja teljes mértékben megfelel a szokásos P-N-N-struktúrának.

Ha a P-N átmeneti síkra merőleges irányban sugárzásnak van kitéve, az energiával rendelkező fotonok felszívódásának következtében nagyobb, mint a tiltott zóna szélessége, az elektron-lyukpárok az N-régióban fordulnak elő. Ezeket az elektronokat és lyukakat fotózóknak nevezik.

A diffúziós fotó hordozók a mélysége a N-régió, a fő aránya elektronok és a lyukak nincs ideje rekombinációs és jön a határ a P-N átmenet. Itt, a fényképet hordozókat elválasztva elektromos mező a P-N átmenet, és a lyukak megy a P-régió, és az elektronok nem képesek leküzdeni az átmenet területén és felhalmozódnak a határon a P-N átmenet és az N-régió.

Így a P-N-áttérés árama a nem mag hordozók - lyukak sodródásának köszönhető. A fotóhordozók sodródási áramát fotocnak nevezik.

Photomasters - lyukak töltse fel az P-régió pozitívan viszonyítva az N-régió, és a fotó hordozók - elektronok - az N-régió negatívan képest a P-régió. Az így kapott potenciális különbséget photódes efnek nevezik. A generált áram a fotodiode fordított, a katódról az anódra irányul, és értéke a nagyobb, annál nagyobb megvilágítás.

A fotodiódák a két üzemmód egyikében működhetnek - külső elektromos energiaforrás nélkül (fotogogén üzemmód) vagy külső elektromos energia (fotós mód) külső forrásával.

A fotichenerátor üzemmódban működő fotodiódákat gyakran olyan áramforrásokként használják, amelyek a napsugárzást elektromos áramkörbe konvertálják. Hívják őket napos elemek És az űrhajókon használt napelemekbe tartoznak.

A szilícium-napelemek hatékonysága körülbelül 20%, és a film napelemeiben sokkal nagyobb értékű lehet. A napelemek fontos műszaki paraméterei a tömeges teljesítményük aránya és a napelem által elfoglalt terület. Ezek a paraméterek eléri a 200 w / kg értéket és 1 kW / m2-t.

Ha a fotodiode fényképészeti üzemmódban működik, az E áramforrás aktiválódik az áramkörben a reteszelési irányban (1. ábra, A). A fotodiód képeinek inverz ágait különböző megvilágítással használják (1. ábra, B).

Ábra. 1. A fotodióda bekapcsolására irányuló rendszer a fotó konverziós módban: A - befogadási séma, B - Photodiode

Az RN terhelési ellenállásának áramát és feszültségét grafikusan definiálhatja a fotodióda képeinek metszéspontjával és az RN ellenállás ellenállásának megfelelő terhelési vonal. Megvilágítás hiányában a fotodiód rendszeres dióda módban működik. A sötétáram Németországban a fotodiódák 10-30 μA, szilícium 1 - 3 μA.

Ha fotodióda kezelhető reverzibilis elektromos meghibásodási kíséretében lavina szorzás töltéshordozók, mind a félvezető stabilion, majd photocider, ezért érzékenysége jelentősen növekedni fog.

Érzékenység lavina fotodiódák Lehet, hogy több nagyságrenddel nagyobb, mint a közönséges fotodiódák (Németország - 200 - 300-szor, Silicon - 104 - 106-szor).

A lavenche fotodiódák nagysebességű fotoelektromos eszközök, frekvenciatartománya elérheti a 10 GHz-et. A lavina fotodiódák hátránya magasabb szint a hagyományos fotodiódákhoz képest.

Ábra. 2. A fotorezisztor (A), UGO (B), Energia (B) és Volt-Ampere (D) jellemzői a fotorezisztor

A fotodiódák mellett fotorezisztorokat alkalmaznak (2. ábra), fototranszisztorok és a Propctors, amelyben a belső PhotoEFFF-t használják. Ezek jellemző hátránya a nagy tehetetlenség (határkeret-frekvencia fgr

A fototransztor kialakítása hasonló a szokásos tranzisztorhoz, amely abban az esetben van egy ablak, amelyen keresztül az alap világíthat. Hugo fototranszisztor - tranzisztor, két nyilakkal.

A LED-eket és a fotodiódákat gyakran használják egy párban. Ugyanakkor egy esetben helyezkednek el oly módon, hogy a fotodium fényérzékeny helye a LED kibocsátó platformjával szemben helyezkedik el. A "LED-fotodiódot" páros félvezető eszközöket hívják (3.

Ábra. 3. OPPPON: 1 - LED, 2 - Photodiode

Az ilyen eszközökben lévő bemeneti és kimeneti láncok elektromosan nem kapcsolódnak, mivel a jelátvitel optikai sugárzáson keresztül történik.

POTAPOV L. A.

A fotodiódák a fényjeleket közvetlenül elektromos konvertálják a fordított sorrendben a LED-ek fizikai folyamatával. A P-I-N-fotodiódban széles belső (I-) félvezető réteg van, elválasztva a P- és N-típus zónáit, amint azt az 1. ábrán látható. 6.9. A fordított offset (5-20 volt) a diódához táplálkozik, segít a Belső régió töltőhordozóinak tartásához.

Ábra. 6.9. P-i-n-photodiode

A belső réteg szélessége biztosítja, hogy a bejövő fotonok felszívódásának valószínűsége pontosan a réteg, és nem egy P-vagy N-típusú régiók. A belső réteg magas ellenállású, mert nincs ingyenes töltőhordozó. Ez a réteg nagy részének csökkenéséhez vezet, és a kapott elektromos mező növeli a válaszadási sebességet és csökkenti a zajt. Amikor a fénysugár a megfelelő energia esik a belső réteg, létrehoz egy pár elektron - lyuk, emelése egy elektront a vegyérték zónából a vezetési zónába, és így a furat a helyén. Az eltolt feszültség okozza ezeket a töltéshordozók (elektronok a vezetési zóna), hogy gyorsan áttérést az átmeneti zónában, ami egy arányos áramot a csökkenő fény, ábrán látható. 6.9.

6.7.2. Működési paraméterek

Vágási hullámhossz

A bejövő fotonnak elegendő energiával kell rendelkeznie ahhoz, hogy felemelje az elektronot a tiltott zónán keresztül, és egy elektron-lyuk párjának megteremtését. A különböző félvezető anyagok, a szélessége a tiltott zóna különbözik, az energia gáton elektron-voltos (eV) társítható a hullámhossz (λ) használva ugyanazt az egyenletet, mint a LED-ek.

Egy adott típusú detektor esetében a W energiatartomány állandó, ezért a fenti képlet a maximális hullámhosszat adja, amely rögzíthető, vagyis a vágás hullámhossza.

Érzékenység

Érzékenység ρ rendelkezik kimeneti árammal ( ÉN.) Detektor az optikai teljesítmény beviteléhez ( R).

A 800 nm-en, a szilícium érzékenysége körülbelül 0,5 A / W, és a InGaAs csúcs érzékenysége körülbelül 1,1 A / W az 1700 nm, csökkent 0,77 A / W az 1300 nm.

Spectral jellemző

A spektrális jellemző a hullámhossztól függően a szenzitivitás változását mutatja. A szilícium és az INGAAS P-I-N-diódák tipikus spektrális jellegzetes görbéit mutatják be. 6.10.

Quantum hatékonyság

Az emitter kvantumhatékonyságát a dedikált elektronok számának aránya az incidens fotonok számához képest. Szilícium és Ingaas csúcs kvantumhatékonyság körülbelül 80%.

Ábra. 6.10. A P-I-N-diódák spektrális jellemzői

Válaszsebesség

Az érzékelő válaszadatát a folyosó időtartama korlátozza, ami a belső réteg szélességének szabad vádjainak leküzdése. Ez a fordított elmozdulási feszültség és a fizikai szélesség függvénye. A gyors P-I-N-diódák esetében 1,5-10 ns. A kapacitás befolyásolja a készülék válaszát is, és az átmeneti tartály szigetelő belső réteget képez a P- és N-Régiók által alkotott elektródák között. A nagysebességű fotodiódákban a válaszidő elérheti a 10 picosam-ot, amelynek számos picofrade tartálya nagyon kis felületű felületekkel rendelkezik.

Volt-ampere jellemzők

Tipikus voltamper (I - U) görbék szilícium P-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-fotodium kijelzőjén, 6.11. Látható, hogy még akkor is, ha nincs optikai teljesítmény, egy kis fordított áramáram, amelyet sötétáramnak neveznek (sötét áram). Ez okozza a hőmérséklet kialakulását a szabad töltéshordozók, általában megduplázódott minden 10 ° C hőmérsékleten kevertetjük, ezután 25 ° C-on

Dinamikus hatókör

Lineáris kapcsolat a feszültség és az 1. ábrán látható optikai teljesítmény között. A 6.11. Általában körülbelül hat tucatnyi, amelynek dinamikus tartománya körülbelül 50 dB.

Ábra. 6.11. A szilícium P-I-N-PHOTODEODE feszültség jellemzői

6.7.3. P-I-N-fotodiódák építése

A P-I-N-fotodiódák kialakítása hasonló a LED-ekhez és lézerekhez, de az optikai követelmények kevésbé kritikusak. Az érzékelők aktív területe általában sokkal nagyobb, mint a szálmag, így a keresztirányú igazítás nem okoz problémákat.